Contamination métallique issue des déchets de l'ancien site minier de Jebel Ressas : modélisation des mécanismes de transfert et conception de cartes d'aléa post-mine dans un contexte carbonaté et sous un climat semi-aride. Evaluation du risque pour la sa

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Submitted on 4 Dec 2012

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Contamination métallique issue des déchets de l’ancien site minier de Jebel Ressas : modélisation des

mécanismes de transfert et conception de cartes d’aléa post-mine dans un contexte carbonaté et sous un climat semi-aride. Evaluation du risque pour la santé humaine.

Manel Ghorbel Ben Abid

To cite this version:

Manel Ghorbel Ben Abid. Contamination métallique issue des déchets de l’ancien site minier de Jebel Ressas : modélisation des mécanismes de transfert et conception de cartes d’aléa post-mine dans un contexte carbonaté et sous un climat semi-aride. Evaluation du risque pour la santé humaine..

Hydrologie. Université Paul Sabatier - Toulouse III, 2012. Français. �tel-00760685�

T T H H È È S S E E

En vue de l'obtention du

DO D OC C TO T OR RA AT T D DE E L L UN U NI IV VE E RS R SI IT TÉ É D DE E T T OU O UL L OU O US SE E

Délivré par l Université de Toulouse III - Paul Sabatier

Discipline ou spécialité : Hydrologie, Hydrochimie, Sol, Environnement

JURY

ABDALLAH BENMAMMOU,Professeur de l Université de Tunis El Manar,PRESIDENT

HUBERT BRIL,Professeur de l Université de Limoges, RAPPORTEUR

ABDELKRIM CHAREF,Professeur au Centre des RecherchesRAPPORTEUR

BRUNO LARTIGES,Professeur de l Université de Toulouse, EXAMINATEUR

MARGUERITE MUNOZ, Chargée de Recherches 1 CNRS Toulouse

SAADI ABDELJAOUAD, Professeur de l Université de Tunis El Manar FABIEN SOLMON,Chercheur au Centre International de la Physique Théorique à Trieste, INVITE

Ecole doctorale : Science de l Univers, de l Environnement et de l Espace Unité de recherche : UMR 5563 Géosciences et Environnement Toulouse (GET) Directeur(s) de Thèse : Marguerite MUNOZ

Sâadi ABDELJAOUAD Présentée et soutenue par Manel GHORBEL BEN ABID

Le 07 Juillet 2012 Titre : 

Contamination métallique issue des déchets de l ancien site minier de Jebel Ressas : modélisation des mécanismes de transfert et

conception de cartes d aléa post-mine dans un contexte carbonaté et sous un climat semi-aride.

Evaluation du risque pour la santé humaine

Préambule

Cette thèse s inscrit dans le cadre de la collaboration entre le laboratoire de Ressource Minérales et Environnement de Tunis et le laboratoire Géoscience et Environnement Toulouse.

Elle a été financée par un projet UTIQUE-CMCU (2009-2011) et par une bourse de

thèse sur deux ans (Avril 2009-Mars 2011) fournie par l Institut de Recherche pour le

Développement (IRD).

  Remerciements

Au terme de ce travail, je tiens à remercier toutes les personnes qui ont contribué à sa réalisation par leurs conseils, leur aide et leurs critiques.

Mes profonds sentiments de reconnaissances et de respect s adressent à Marguerite Munoz, pour m avoir dirigée pendant mes années de master et de thèse au Laboratoire GET et au Laboratoire RME à la fin de mon parcours, pour ses conseils, pour nos nombreuses discussions (scientifiques ou non) et pour m avoir initié au raisonnement critique et au travail analytique de pointe.

Ma profonde gratitude s adresse aussi à Mr Saadi Abdeljaouad, directeur du laboratoire RME, de m avoir accueilli encadrée durant la thèse, encouragée et conseillée et d avoir pourvu toutes les conditions favorables à l achèvement de ce travail.

Merci à David Point pour avoir accepté d être coordinateur de cette thèse pour laquelle j ai bénéficié d une bourse de l IRD.

Merci à Pierre Courjault-Radé qui a participé dans l encadrement de cette thèse, pour sa disponibilité, ses réßexions et les longs débats qui ont beaucoup contribué à faire avancer le travail.

Je tiens à remercier également Christine Destrigneville pour avoir partagé avec moi son expérience dans la modélisation géochimique et pour toutes les explications qu elle m a apportées.

Je remercie Messieurs jean Marc Montel et François Martin, directeurs successifs du GET pour m avoir accueilli au Laboratoire GET et permis de faire cette thèse en co-tutelle.

Mes remerciements vont aussi, au Laboratoire d Aérologie, à Catherine Liousse et Corinne Galy-lacaux, grâce à qui nous avons pu construire le préleveur d aérosol et développer la démarche d échantillonnage. Merci aussi à Robert Rosset pour sa disponibilité et pour toutes les discussions intéressantes avec lui.

Merci particulièrement à Fabien Solmon pour m avoir initiée et aidée pour l utilisation des modèles d émission et de transport d aérosols.

Un grand merci va à Philippe De Parseval au service microsonde, à Thierry Aigouy et Sophie Gouy au service MEB, à Manu, Caco et Jo à la salle blanche ainsi qu à Fréderic et Aurélie au service ICP-MS.

Merci aussi à Jean-François et à Fabienne à l atelier roche pour leur aide et leur sourire.

Merci au personnel administratif du GET grâce à qui mon séjour au laboratoire s est toujours passé dans les meilleures conditions.

J adresse mes profonds remerciements aux membres du jury, Mr Abdallah Ben Mamou et Messieurs Hubert Bril et Abdelkrim Charef, rapporteurs de ma thèse, d avoir accepté d évaluer ce travail

Je n oublierai jamais et je resterai reconnaissante à Mme Radhia Souissi et Mr Fouad Souissi qui m ont accompagnée au début de mon parcours dans la recherche et qui m ont offert l occasion de la collaboration avec le GET.

Enfin je remercie tous mes amis et collègues doctorants et docteurs du GET et du RME, Aymen, Anna, Carolina, Camille, Laurent, Sylvaine, Faten, Wissem, Hédi, Nejib, Salma, qui ont rendu mon quotidien plus agréable et sympathique. Mes pensées vont à ma très chère amie Marianne Oltrogge.

A tous les miens, je dédie ce travail.

Manel

Auteur : Manel GHORBEL BEN ABID

Titre : Contamination métallique issue des déchets de l’ancien site minier de Jebel Ressas : modélisation des mécanismes de transfert et conception de cartes d’aléa post-mine dans un contexte carbonaté et sous un climat semi-aride. Evaluation du risque pour la santé humaine.

Directeurs de thèse :

Marguerite MUNOZ, Université de Toulouse

Sâadi ABDELJAOUAD, Université de Tunis El Manar

Une approche pluridisciplinaire intégrée a été proposée pour étudier le transfert de la contamination métallique depuis les déchets de l’ancien site minier à Pb-Zn de Jebel Ressas, jusqu’à l’être humain. Nous avons pris en considération à la fois les caractéristiques physico-chimiques de la source, les conditions climatiques et la topographie pour hiérarchiser les vecteurs de la dispersion des métaux à partir des déchets de laverie de l’ancienne mine de Jebel Ressas.

Le vecteur éolien est le principal agent capable de disperser les métaux dans toutes les directions, avec des quantités variables pouvant dépasser les normes de la qualité des l’air pour Pb et Cd sur plusieurs centaines de mètres loin de la source. Le transfert hydrique particulaire est assez limité à cause de la topographie douce au tour des terrils de déchets. Le transfert en solution est négligeable grâce à l’environnement carbonaté.

L’investigation sur le risque des métaux pour la santé humaine au village de Jebel Ressas montre d’abord que, d’une part l’environnement carbonaté et d’autre part le pH neutre des fluides physiologiques dans le corps humain, limitent le passage en solution des métaux et leurs quantités bioaccessibles. Toutefois, Pb et Cd présentent un risque surtout pour les enfants en plus d’un effet cancérigène probable pour toute la population.  

      Abstract

Author : Manel GHORBEL BEN ABID

Title : Metallic contamination from waste of the old mining site of Jebel Ressas: transfer mechanisms modelling and conception of hazard maps in a carbonated context and under a semi-arid climate. Human health risk assessement.

Chairs:

Marguerite MUNOZ, Toulouse University

Sâadi ABDELJAOUAD, Tunis El Manar University

An integrated multidisciplinary method was proposed to study the transfer of metallic contamination from the waste of the old mining site (Pb-Zn) of Jebel Ressas, to Humans. We considered the physico-chemical characteristics of the source, the climate conditions and the topography to rank the dispersion vectors of metals from the treatment wastes to the environment. The wind is the main agent of scattering metals in all directions, with variable quantities which may exceed the standards of air quality for Pb and Cd up to several hundreds of meters far from the source. The particle hydric transfer is limited because of the soft topography around the waste dumps. The transfer in solution is negligible thanks to the carbonated environment.

The risk assessment for human health at the village of Jebel Ressas show that carbonated environment and the neutral pH of physiological fluids in the body, limits metals dissolution and their bioaccessible amounts.

However, Pb and Cd may induce a risk especially for children as well as a probable carcinogenic for the entire

population.

Table de matières

Préambule Remerciements Résumé

Introduction générale ………...

Chapitre I : Contexte et problématique ………

I. Contamination métallique issue de l’exploitation minière, dispersion des métaux, exposition humaine I.1. Contamination métallique issue de l’exploitation minière ……….

I.2. Dispersion des métaux……….

I.2.1. Influence du contexte lithologique sur la dispersion des métaux………

I.2.1.1. Génération de drainage minier acide ………

I.2.1.2. Génération de drainage minier neutre ou alcalin ………..

I.2.2. Influence du climat sur la dispersion des métaux ………

I.3. Exposition des populations à la contamination métallique ………

II. Spécificité de la province Maghrébine ……….

II.1. La minéralisation ………..

II.2. Le climat ………...

III. Problématique scientifique dans le contexte spécifique de la Tunisie ………

III.1. L’Exploitation minière en Tunisie ………

III.2. Problématique scientifique et choix du site de Jebel Ressas ………

Chapitre II : Présentation du site d’étude ………..

I. Description du site : géographie ………

II. Cadre climatique ………..

II.1. Température ………...

II.2. Vent ………

II.3. Précipitations ………..

III. Contexte géologique ………...

IV. Minéralisations et historique des travaux miniers ………..

V. Description du site à son état actuel ……….

Chapitre III : Caractérisation de la source de contamination: les déchets de laverie ……….

I. Méthodologie ……….

I.1. Echantillonnage des déchets ………...

I.2. Préparation des échantillons ………...

I.3. Mesure des paramètres physiques des déchets ………...

I.4. Analyses chimiques ………

I.5. Analyses minéralogiques ………

II. Caractérisation physique des déchets de laverie ………..

III. Composition chimique ………

IV. Composition minéralogique ………...

IV.1. Composition minéralogique des déchets ………..

IV.1.1. Phases porteuses de métaux dans le terril DI et DIII ……….

IV.1.2. Phases porteuses de métaux dans le terril DII ………

IV.2. Composition minéralogique normative des déchets ……….

IV.3. Caractérisation des croûtes à la surface des déchets ………

IV.3.1. Description des croûtes ………

IV.3.2. Composition minéralogique des croûtes ………..

IV.3.3. Discussion ………

Chapitre IV : Transfert hydrique en solution de la contamination métallique ………

I. Introduction ………...

II. Généralités ………

II.1. Production de drainage minier alcalin ………..

II.2. Devenir des métaux passés en solution ………

II.3. Contrôle de la composition de la solution par les minéraux et effet de la salinité sur la concentration des ions en solution ………...

III. Méthodologie ………..

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III.1. Mise en œuvre de la prédiction de la composition des solutions en interaction avec les déchets

miniers ………

III.2. Conditions initiales à la modélisation ………..

III.3. Scenarios modélisés ………..

IV. Prédiction de la dynamique des métaux dans les eaux de drainage des déchets et dans les eaux naturelles ………...

IV.1. Dynamique des métaux dans les eaux de drainage des terrils de déchets ………...

IV.2. Dynamique des métaux dans les eaux naturelles loin des déchets : cas de l’augmentation de la salinité ………..

V. Conclusion ………...

Chapitre V : Transfert hydrique particulaire de la contamination métallique ……….

I. Introduction ………...

II. Méthodologie ………...

II.1. Observations in situ ………...

II.2. Construction de la carte du transfert hydrique particulaire ………..

II.3. Analyses de Pb, Zn et Cd dans les sols agricoles et les sédiments de Oued Hma ………

II.3.1. Echantillonnage ……….

II.3.2. Préparation ………

II.3.3. Analyses chimiques ………..

III. Résultats ……….

III.1. Description de l’action érosive de l’eau sur les déchets et de leur transport ………..

III.2. Carte prédictive de l’aléa transfert hydrique ………

III.3. Concentrations des métaux dans les sols et les sédiments ………...

IV. Conclusion ………..

Chapitre VI : Transfert éolien de la contamination métallique ………

I. Introduction et problématique ………...

II. Généralités ………

II.1. L’atmosphère terrestre ……….

II.2. Le vent ……….

II. 2.1. Origine du vent ………

II.2.2. Le vent dans la Couche Limite Atmosphérique (CLA) ………

II.2.3. La turbulence ……….

II.3. Les aérosols ………..

II.3.1. Définition des aérosols ………..

II.3.2. Caractéristiques des aérosols ……….

II.4. Erosion éolienne de la surface du sol et production de l’aérosol minéral ………

II.4.1. Bases physiques de la mise en mouvement des particules de la surface par le vent ……...

II.4.2. Modes de mouvements des particules ………...

II.4.3. Paramètres influençant l’érosion éolienne ………

III. Etat de l’art sur les méthodes d’estimation directe et indirecte de l’émission, du transport et du dépôt.

III.1. Méthodes de l’estimation de l’émission ………...

III.1.1. Méthodes de mesures directes de l’émission ………

III.1.1.1. Les souffleries ………...

III.1.1.2. Les pièges à sable ……….

III.1.2. Méthodes de modélisation de l’émission ………..

III.2. Méthodes d’estimation du transport et du dépôt ………..

III.2.1. Méthodes de mesures directes du transport et du dépôt ………...

III.2.1.1. Mesure des concentrations de poussières dans l’air ……….

III.2.1.2. Mesure des taux de dépôt des particules ………...

III.2.2. Méthodes de prédiction du transport et du dépôt ………..

III.2.2.1. Base mathématique de FDM ……….

III.2.2.1.1. Calcul de la concentration des aérosols avec FDM ………

III.2.2.1.2. Calcul du taux de dépôt avec FDM ………

III.2.2.2. Données requises par FDM ………

IV. Modélisation du transfert éolien des PM10 et des PM2,5 depuis les déchets de laverie de Jebel Ressas ………

IV.1. Conditions et description de la zone d’étude ………

IV.2. Modélisation de l’émission des PM10 et des PM2,5 ………...

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IV.2.1. Méthodologie de la modélisation ………

IV.2.1.1. Modèle d’émission utilisé et mise en œuvre ………...

IV.2.1.2. Données d’entrée : méthodologie d’acquisition ………..

IV.2.1.2.1. Données météorologiques ……….

IV.2.1.2.2. Granulométrie moyenne de l’horizon superficiel du terril DIII ...

IV.2.1.2.3. Rugosité ………

IV.2.2. Résultats de la modélisation du flux d’émission des PM10 et des PM2,5 ………...

IV.3. Modélisation du transport et du dépôt des particules ………...

IV.3.1. Modèle utilisé (FDM) et mise en œuvre ………...

IV.3.2. Données d’entrée FDM ………

IV.3.2.1. Données météorologiques ………..

IV.3.2.2. Données sur la source et les récepteurs ……….

IV.3.2.3. Données granulométriques ……….

IV.3.2.4. Données sur l’émission ………..

IV.3.3. Concentrations des PM10 et des PM2,5 dans l’air ………...

IV.3.4. Taux de dépôt des PM10 et des PM2,5 ………

V. Concentrations des métaux dans l’air dans le village de Jebel Ressas ………

V.1. Méthodologie ………...

V.1.1. Méthodologie de la mesure directe ………...

V.1.1.1. Echantillonnage des PM10 et des PM2,5 ………

V.1.1.2. Analyses de Pb, Zn et Cd dans les PM10 et des PM2,5 ……….

V.1.1.3. Méthodologie de l’étude par Microscopie Electronique à Balayage (MEB) des particules métallifères dans les aérosols ………...

V.1.2. Méthodologie de calcul de la concentration des métaux dans les PM10 et PM2,5 à partir de la modélisation des concentrations en particules dans l’air……….

V.2. Résultats ………...

V.2.1. Concentration des métaux dans les PM10 et PM2,5 par mesure directe ……….

V.2.2. Micro-analyse MEB des particules métallifères dans les aérosols ………...

V.2.3. Concentration des métaux dans les PM10 et PM2,5 obtenus par modélisation au niveau du point de prélèvement ………...

V.2.4. Comparaison des résultats par mesure directe et par modélisation au point de mesure ….

V.3. Prédiction spatialisée des concentrations moyennes des métaux dans l’air pendant la période de mesure et cartes d’aléa ……….

V.4. Cartographie prédictive des taux de dépôt des métaux ………..

VI. Conclusion ………..

Chapitre VII : Exposition de la population à la contamination métallique et évaluation du risque …….

I. Introduction ………...

II. Estimation de l'exposition par ingestion directe de poussières et par inhalation ………

II.1. Méthodologie ………..

II.1.1. Echantillonnage des poussières déposées ……….

II.1.2. Techniques analytiques appliquées sur les échantillons de poussières ………

II.1.2.1. Granulométrie ……….

II.1.2.2. L'analyse chimique ……….

II.1.2. 3. Analyses au MEB ………..

II.1.3. Doses inhalées et taille des particules ………...

II.1.4. Modélisation géochimique ………

II.2. Caractérisation des poussières ingérées ………...

II.3. Evaluation de la bioaccessibilité dans le fluide digestif et calcul des doses d’exposition ……….

II.3.1. Résultats de la simulation dans le fluide gastrique ………..

II.3.2. Résultats de la simulation dans le fluide intestinal ………...

II.3.3. Doses d’exposition estimées ……….

II.4. Evaluation de la bioaccessibilité dans le fluide pulmonaire et calcul des doses d’exposition …..

III. Evaluation du risque de contamination métallique pour la santé humaine ………

Conclusion générale ………..

Références bibliographiques Annexes

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Liste des figures

Figure I.1 : Production et transfert des DMA

Figure I.2 : Carte métallogénique de la province Maghrébine (UNESCO et BRGM,1968-1982) Figure I.3 : Carte climatique des pays du Maghreb (UNESCO-FAO, 1963)

Figure I.4 : Les différentes zones métallogéniques en Tunisie.

Figure I.5 : Carte métallogénique de la Tunisie (DGTP,1922)

Figure II.1 : Localisation géographique de l’ancien site minier et du village de Jebel Ressas

Figure II.2 : Principal réseau hydrographique (représenté en pointillés) drainant la plaine de Mornag et la localité de Jebel Ressas vers le golfe de Tunis

Figure II.3 : Températures mensuelles moyennes (1996-2006)

Figure II.4 : Rose des vents à la station Tunis-Carthage sur la période entre 1981 et 2005 (source INM).

Figure II.5 : Précipitations mensuelles moyennes à la station de Tunis-Carthage sur la période entre 1996 et 2006 (source INM)

Figure II.6 : Extrait de la carte géologique de Grombalia 1 :50 000 (Bujalka et al., 1971) Figure II.7 : Localisation des minéralisations dans le Massif de Jebel Ressas (Sainfeld, 1952) Figure II.8 : Extrait de la photo aérienne n°315 de 1947

Figure II.9 : Extrait de l’assemblage des photos aériennes n°45 et 47 de 1963 Figure II.10 : Extrait de la photo aérienne n°1184 de 1998

Figure II.11: Etat actuel du site

Figure III.1 : Points de prélèvement des carottes dans les terrils de déchets

Figure III.2 : Distribution granulométrique de la fraction superieure à 63 µm dans les carottes Figure III.3 : Distribution granulométrique de l’échantillon superficiel de DIII

Figure III.4 : Diffractogrammes des RX sur les échantillons des carottes prélevées dans les terrils de déchets de laverie

Figure III.5 : Observations au microscope métallographique des sections polies des échentillons de déchets de laverie

Figure III.6 : Grain de smithsonite fibreuse observé au MEB en mode rétrodiffusé et spectre EDS montrant du Pb et du Mn comme cations secondaires

Figure III.7 : Carbonates de Zn observés au MEB en mode rétrodiffusé

Figure III.8 : Cérusite (Ce) à la surface d’un grain composite de calcite (Ca) et d’hémimorphite (He) observé au MEB en mode rétrodiffusé.

Figure III.9 : Différents aspects de la cérusite.

Figure III.10 : Observation au MEB en mode rétrodiffusé d’un grain polyphasé de strontianite plombifère (St) et de cérusite (Ce) en section polie.

Figure III.11 : Grain de calcite en section polie observé au MEB en mode rétrodiffusé

Figure III.12 : Quelques grains de silicates de Zn observés au MEB en mode électrons secondaires Figure III.13 : Grain composite de silicate de Zn (Si-Zn), calcite (Ca), cérusite (ce) et oxydes de fer (OxFe) observé en section polie au MEB en mode rétrodiffusé

Figure III.14 : Grain de galène en section observé au MEB en mode rétrodiffusé : La bordure est en voie d’altération en cérusite.

Figure III.15 : grains d’oxy-hydroxyde de fer observés au MEB-EDS en mode rétrodiffusé et exemple de spectre EDS.

Figure III.16 : Quelques grains noirs, en section polie, observées au MEB en mode rétrodiffusé.

Figure III.17 : Photos des croûtes et dépôts secondaires à la surface des terrils de déchets.

Figure III.18 : Diffractogramme de RX obtenu sur un échantillon de poudre blanche sur une croûte à la surface du déchet DIII

Figure III.19 : Diffractogramme de RX obtenu sur un échantillon gris de croûte à la surface du déchet DIII

Figure IV.1 : Evolution des indices de saturation des minéraux suite à la mise en réaction des minéraux des déchets oxydés

Figure IV.2 : Concentrations maximales de Pb et Zn en solution suite à la dissolution des minéraux oxydés

Figure IV.3 : Concentrations de Pb et Zn dans une solution en équilibre avec la calcite

Figure VI.4 : Concentration de Pb et Zn suite à la dissolution des sulfures dans des eaux de salinité croissantes

Figure VI.5 : Indices de saturation des minéraux secondaire suite à la dissolution des sulfures dans des eaux de salinité croissantes

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Figure V.1 : Points d’échantillonnage des sols

Figure V.2 : points d’échantillonnage des sédiments dans Oued Hma Figure V.3 : Surface ravinée du terril DII dans les zones de faible cohésion

Figure V.4 : Aspect de la surface du terril DII après l’enlèvement d’importante quantité de déchets par les engins

Figure V.5 : Instabilité et fragilisation du terril DII suite à l’effondrement de blocs de déchets Figure V.6 : Image Google Earth montrant les ravines d’érosion à partir du terril DIII Figure V.7 : Image Google Earth montrant les ravines d’érosion à partir des terrils DI et DII

Figure V.8 : Photos montrant le ruissellement sur la route puis dans des ravines dans les oliveraies en face du terril DIII

Figure V.9: Modèle Numérique de Terrain de résolution 3m

Figure V.10 : carte du réseau hydrographique et des zones basses calculée à partir du MNT Figure V.11 : Carte des chemins et des séparations entre les parcelles de terrains

Figure V.12 : Carte de l’aléa transfert hydrique particulaire Figure V.13 : Concentrations des métaux dans échantillons de sols Figure VI.1 : Les différentes couches de l’atmosphère terrestre

Figure VI.2 : Représentation de la CLA en couches en fonction des forces dominantes

Figure VI.3 : Classes de tailles des aérosols (USEPA, 1995 EPA/600/AP-95/001c, in Godish, 1997) Figure VI.4 : Représentation des forces appliquées à une particule sphérique soumise à l’action du vent (Kardous 2005 d’après Greeley et Iversen 1985).

Figure VI.5 : Représentation de l’effet du sol sur l’écoulement de l’air (Alfaro, 1997).

Figure VI.6 : Modes de mouvements des particules suite à l’érosion éolienne (Greeley et Iversen, 1985 modifiée).

Figure VI.7 : Zone concernée par la modélisation du transfert éolien des particules métalliques. Extrait de la carte topographique de Grombalia NO (OTC, 1984) au 1 :25 000.

Figure VI.8 : Photo des capteurs de vent et de température de la station météorologique installée sur la terrasse de la maison considérée comme point de mesure et prélèvement

Figure VI.9 : Schéma explicatif du calcul d’une direction moyenne de vent dans un repère circulaire Figure VI.10 : Rose des directions moyennes horaires du vent du 13 juillet au12 août 2009 à Jebel Ressas

Figure VI.11 : Schéma représentant l’anisotropie de la rugosité due à la présence d’une ridule Figure VI.12 : Photo de la surface de la parcelle 1 au toit du terril DIII

Figure VI.13 : Photo de la surface de la parcelle 2 au toit du terril DIII Figure VI.14 : Photo de la surface de la parcelle 3 au toit du terril DIII Figure VI.15 : Photo de la surface de la parcelle 4 au toit du terril DIII

Figure VI.16 : Flux d’émission calculé pour une rugosité de 260 µm et pour l’intervalle de vitesse de vent mesuré à Jebel Ressas entre le 13 juillet et le 12 août 2009

Figure VI.17 : Flux d’émission moyen journalier issue de l’ensemble du terril DIII pendant la période de mesure

Figure IV.18 : Carte des concentrations de PM10 et de PM2,5 supérieures aux valeurs de références Figure VI.19 : Photos du préleveur d’aérosols

Figure VI.20 : Concentrations journalières moyennes, maximales et minimales des métaux dans les PM10 analysés

Figure VI.21 : Concentrations moyennes maximales et minimales des métaux dans les PM2,5 analysés (revoir les 000 non detectés)

Figure VI.22 : Images en mode rétrodiffusé et spectres EDS de grains d’aérosols sur un filtre portant des PM2,5.

Figure VI.23 : Images en mode rétrodiffusé et spectres EDS de filtres d’aérosols portant des PM10.

Figure VI.24 : Variation journalière des concentrations calculés et analysées de métaux dans les PM10 au point de prélèvement situé sur la terrasse de la maison en face du terril DIII

Figure VI.25 : Corrélation entre les concentrations de Pb et de Zn dans les PM10 prélevés sur le site Figure VI.26 : Corrélation entre les concentrations de Pb et de Zn dans les PM10 prélevés sur le site et dans les échantillons représentatifs des terrils de déchets.

Figure VI.27 : Variation journalière des concentrations calculés et analysées de métaux dans les PM2,5 au point de prélèvement situé sur la terrasse de la maison en face du terril DIII

Figure VI.28 : Corrélation entre les concentrations de Pb et de Zn dans les PM2,5 prélevés sur le site Figure VI.29 : Concentration de Pb dans les PM10 dans l’air

Figure VI.30 : Concentration de Pb dans les PM2,5 dans l’air Figure VI.31 : Concentration de Zn dans les PM10 dans l’air Figure VI.32 : Concentration de Zn dans les PM2,5 dans l’air

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Figure VI.33 : Concentration de Cd dans les PM10 dans l’air Figure VI.34 : Concentration de Cd dans les PM2,5 dans l’air Figure VI.35 : Carte de l’aléa du transfert éolien de Pb Figure VI.36 : Carte de l’aléa du transfert éolien de Cd Figure VI.37 : Taux de dépôt de Pb dans les PM10 Figure VI.38 : Taux de dépôt de Zn dans les PM10 Figure VI.39 : Taux de dépôt de Cd dans les PM10

Figure VII.1 : Schéma du transfert de la contamination entre l’environnement et le corps humain Figure VII.2 : Localisation des points d’échantillonnage des poussières déposées dans le village Figure VII.3 : Courbes granulométriques des échantillons de poussières

Figure VII.4 : concentrations de Pb et Zn dans les échantillons de poussières et dans les terrils de déchets.

Figure VII.5 : Image en mode rétrodiffusé de l’aspect général des poussières déposées.

Figure VII.6 : Images en mode rétrodiffusé et spectre EDS de quelques grains porteur de métaux

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Liste des tableaux

Tableau I.1 : Potentiels de neutralisation (NP) et potentiels de génération d’acidité (AP) de différentes roches (d’après Plumlee, 1999)

Tableau I.2 : Effets dangereux suite à l’inhalation de Pb, Zn et Cd et valeurs de références Tableau I.3 : Effets dangereux suite à l’ingestion de Pb, Zn et Cd et valeurs de références Tableau I.4 : Principaux gisement miniers en Tunisie

Tableau III.1 : Pourcentage de la fraction inférieure à 63 µm.

Tableau III.2 : Valeur de la densité dans les terrils de déchets de laverie.

Tableau III.3 : Mesures de cohésion à la surface des 3 terrils de déchets Tableau III.4 : Perméabilité mesurée sur les terrils de déchets

Tableau III.5 : Concentrations des éléments majeurs dans les déchets

Tableau III.6 : Concentration de Pb, Zn et Cd dans les carottes prélevées dans les terrils de déchets Tableau III.7: Aspect des fractions séparées et description morphoscopique des grains métallifères Tableau III.8 : Abondance qualitative des minéraux des déchets

Tableau III.9 : Résultats des analyses microsonde et formules structurales calculées pour les minéraux métallifères oxydés des déchets.

Tableau III.10 : Résultats des analyses à la microsonde des phases porteuses de Cd

Tableau III.11 : Résultats des analyses microsonde et formules structurales calculées pour les minéraux métallifères sulfurés des déchets.

Tableau III.12 : Minéraux présents et leurs compositions normatives dans les terrils de déchets

Tableau IV.1 : Intervalles de concentrations des métaux dans les eaux de surfaces analysés à l’aval de sites miniers en Tunisie

Tableau IV.2 : Concentration de références (µg/l) recommandée pour les métaux dans les eaux potables Tableau IV.3 : Proportion molaires des minéraux dans les déchets de laverie

Tableau IV.4 : Quantités de minéraux mis en réaction dans chaque assemblage

Tableau IV.5 : Résultats obtenus suite à la simulation de la mise en réactions des minéraux des déchets DI et DIII

Tableau IV.6 : Concentrations maximales de Pb et Zn en solution suite à la dissolution des minéraux oxydés et comparaison aux normes de l’OMS

Tableau IV.7 : Quantités de minéraux mis en réaction

Tableau IV.8 : Indices de saturation des minéraux secondaires dans une solution en équilibre avec la calcite

Tableau IV.9 : Quantités de minéraux mises en réaction Tableau IV.10 : Résultats de la simulation du scénario 3

Tableau V.1 : Concentrations des métaux dans les échantillons de sols Tableau V.2 : Concentrations des métaux dans les échantillons de sédiments

Tableau VI.1 : Énergie de cohésion spécifique à chaque classe d’aérosols (Alfaro et al 1997) Tableau VI.2: Fréquence (%) des vents selon leur vitesse moyenne horaire pour chaque direction TableauVI.3 : Classification des parcelles du terril en fonction de leurs aspects à la surface Tableau VI.4 : Mesure de la rugosité aérodynamique pour la direction SE du vent

Tableau VI.5 : Valeurs de rugosité dans les trois directions de mesure pour chaque parcelle Tableau VI.6 : Valeurs de rugosité dans les trois directions de mesure

Tableau VI.7 : Flux d’émission calculé pour une rugosité de 260 µm

Tableau VI.8 : Flux d’émission des PM10 calculé pour les rugosités 240, 260 et 340 µm Tableau VI.9 : Granulométrie des PM10 émises

Tableau VI.10 : Granulométrie des PM2,5 émises

Tableau VI.11 : Les intervalles de concentrations des aérosols dans l’air.

Tableau VI.12 : Intervalles du taux de dépôt calculé par FDM.

Tableau VI.13 : Protocole avec méthanol de mise en solution des aérosols Tableau VI.14 : Protocole sans méthanol de mise en solution des aérosols Tableau VI.15 : Concentrations de Pb, Zn et Cd (ppb) dans les blancs de chimie

Tableau VI.16 : Comparaison des concentrations analysées et certifiées du standard international SKO1 Tableau VI.17 : Concentration des métaux dans les PM10 et les PM2,5 prélevés

Tableau VI.18 : Concentration calculées des métaux dans les PM10 et les PM2,5 Tableau VI.19 : Intervalles de concentration des métaux dans la zone d’étude Tableau VI.20 : Intervalle des taux du dépôt sec des métaux

Tableau VII.1 : protocole de l’attaque chimique des échantillons de poussières Tableau VII.2 : Résultats obtenus pour le standard international

Tableau VII.3 : pH et composition chimique du fluide gastrique et intestinal

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Tableau VII.4 : pH et composition chimique du fluide pulmonaire

Tableau VII.5 : Concentration de Pb, Zn et Cd dans les échantillons de poussières (Dust 1 à 7) et dans les déchets de laverie (DI à III)

Tableau VII.6 : Composition normative des échantillons de DIII et de poussières (le plus et le moins contaminé)

Tableau VII.7 : log SI des minéraux secondaires suite à la dissolution des minéraux ingéré dans le fluide gastrique dans le cas des enfants

Tableau VII.8 : Quantités de métaux dissoutes dans le fluide gastrique et facteurs de bioaccessibilité calculés dans le cas des enfants

Tableau VII.9 : Indice de saturation des minéraux secondaires dans le fluide intestinal chez les enfants Tableau VII.10 : Quantités de métaux dissoutes dans le fluide gastrique et facteurs de bioaccessibilité calculés dans le cas des enfants

Tableau VII.11 : Quantités de métaux dissoutes dans le fluide gastrique et facteurs de bioaccessibilité calculés dans le cas des adultes

Tableau VII.12 : Doses d’exposition dans le cas des enfants et des adultes suite à l’ingestion directe de poussières contaminées

Tableau VII.13 : Indices de saturation des minéraux secondaire dans le fluide pulmonaire suite à la dissolution des PM2,5 dans le fluide pulmonaire

Tableau VII.14 : Quantités de métaux dissoutes dans le fluide pulmonaire et facteurs de bioaccessibilité Tableau VII.15 : Doses d’exposition dans le cas des enfants et des adultes suite à l’inhalation d’aérosols contaminés Tableau VII.16 : Doses d’exposition totales et valeur du risque.

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1

Introduction générale

Les contaminants métalliques peuvent migrer depuis le site minier et ses déchets vers les différents compartiments de l’environnement, l’eau, l’air et le sol, via plusieurs mécanismes physico-chimiques de transfert tels que le transport en solution après altération chimique, le transport en suspension par l’eau et par l’air et le transport par différentes activités anthropiques. Le contexte climatique méditerranéen favorise particulièrement le soulèvement de poussières contaminées à partir des sources mais aussi l’érosion hydrique mécanique de ces sources lors des évènements pluvieux peu fréquents mais généralement intenses. En conséquence, dans ces environnements contaminés, les populations locales se trouvent soumises à une exposition chronique à la contamination métallique par différentes voies. En effet, la diffusion de la contamination dans l’air, l’eau et vers la biosphère et la chaîne alimentaire peut soumettre les populations à une exposition aux métaux pouvant présenter un risque pour la santé s’il y a dépassement des seuils de toxicité déterminés par les institutions de veille sanitaire internationales (USEPA ; OMS).

L’ancien site minier de Jebel Ressas est situé en zone périurbaine à environ 30 km au sud de la capitale tunisienne. Ce site présente d’imposants terrils de déchets miniers dont le volume est estimé à plus de 600 000 m

et de fortes concentrations en Pb, Cd et Zn (Ghorbel et al., 2008a et b). Malgré l’absence de drainage minier acide dans ce contexte carbonaté, la fine granulométrie des déchets, leur faible cohésion, et l’absence de couverture végétale et d’aménagements spécifiques, les rendent particulièrement vulnérables aux processus d’érosion éolienne et hydrique liés aux conditions climatiques de cette région. Au cœur de ce site se trouve l’ancien village de mineurs adjacent aux terrils et entouré de terrains agricoles.

La population est ainsi potentiellement soumise à une exposition chronique au Pb, Cd et Zn.

L’étude de la dispersion de la contamination et du risque sanitaire a été traitée à l’aide d’un panel d’outils et connaissances dans les domaines des sciences de la terre et de l'environnement en s’appuyant sur :

− La caractérisation de la source de contamination et l’identification les contaminants métalliques et de leur spéciation solide

− L’analyse les mécanismes de transferts hydrique en solution, hydrique particulaire

et éolien vers les différents compartiments de l’environnement (eau, sol, air) et la

production des cartes d’aléa pour chaque mécanisme de transfert à l’échelle du

  2 petit bassin versant de Jebel Ressas,

− La validation les cartes d’aléa avec des analyses ponctuelles raisonnées de sol, de sédiments et d’aérosols,

− L’évaluation du taux d'exposition brut de la population au Pb, Zn et Cd par inhalation et par ingestion directe de poussières contaminées,

− L’évaluation de la fraction de métaux bioaccessible c'est à dire capable de passer en solution dans les fluides pulmonaires et digestifs.

Cette approche proposée en amont d’éventuelles études épidémiologiques, avec comme objectif l’aide à la décision pour la gestion du site de Jebel Ressas, a pour vocation d’être transposable à d’autres sites miniers, anciens ou en activité, dans des contextes climatiques et géologiques similaires.

Ce manuscrit est organisé en sept chapitres. La pluridisciplinarité de ce travail impose la présentation de la méthodologie propre à chaque chapitre séparément:

• Le premier chapitre est consacré à situer ce travail dans son cadre par rapport à état de l'art. Nous insisterons sur les caractéristiques de la dispersion de la contamination métallique d’origine minière propre au contexte maghrébin et tunisien en particulier.

Nous présenterons également certaines notions clés se rapportant à la vulnérabilité de l'être humain vivant à proximité des ces sites.

• Le deuxième chapitre est dédié à la présentation du site de Jebel Ressas avec, entre autres, ces caractéristiques climatiques, géologiques et minières.

• Dans le troisième chapitre est présentée la caractérisation détaillée des déchets de laverie de Jebel Ressas. La méthodologie de caractérisation physique, minéralogique et chimique sera présentée en début de ce chapitre.

• Le quatrième chapitre concerne l’étude du transfert en solution des métaux. La modélisation géochimique est utilisée pour estimer les quantités de métaux susceptibles de passer en solution quand en envisage différents scénarios possibles dans le contexte de l'étude.

• Le cinquième chapitre traite le transfert hydrique de la contamination métallique sous forme particulaire. La cartographie des chemins de transfert et des zones préférentielles de dépôt va aboutir à la construction d’une carte d’aléa pour ce mécanisme de transfert qui sera validée avec des analyses chimique sur les sols.

• Le sixième chapitre étudie le transfert de la contamination métallique par voie éolienne. Il

permettra de déterminer des flux d’émission de poussières à partir de la source, la

concentration dans l’air et le taux de dépôt de contaminants métalliques en divers points

  3 récepteurs permettant de cartographier la dispersion de la contamination de l’air et des sols.

• Dans le septième chapitre nous étudions le risque pour la santé humaine des contaminants

métallique ingérés et inhalés. Nous adoptons une approche basée sur la modélisation

géochimique de la dissolution des minéraux dans les fluides physiologiques simulés.

CHAPITRE I :

CONTEXTE ET PROBLEMATIQUE

4 Chapitre I : Contexte et problématique

I. Contamination métallique issue de l’exploitation minière, dispersion des métaux, exposition humaine

I.1. Contamination métallique issue de l’exploitation minière

L’industrie minière est un des secteurs les plus importants de l’économie des pays disposant de ressources minières importantes comme le Canada et la Bolivie. L’extraction de métaux précieux, tels l’argent, ou de métaux de base, tels le cuivre, le zinc et le plomb peut se faire principalement de deux façons: à l’aide d’exploitations à ciel ouvert ou dans des mines souterraines. Les exploitations à ciel ouvert sont utilisées lorsque les gisements sont peu profonds et présentent un tonnage élevé de minerai. Les exploitations souterraines sont envisagées lorsque le gisement est profond.

Durant l’exploitation du gisement, la mine génère une grande quantité de déchets solides et liquides. Parmi les déchets solides produits, on note :

* Les roches stériles qu’il a fallu enlevé pour atteindre le minerai et la gangue qui a été séparée du minerai ne contiennent pas ou peu de métaux. Ces haldes sont souvent très volumineuses et sont composés de fragments d’une taille variant de l’ordre du mètre jusqu’à des particules de quelques micromètres.

* les déchets de traitement du minerai : Les rejets de concentrateurs sont constitués de la fraction non économique du minerai obtenue suite à la récupération des minéraux à valeur commerciale. Ils sont issus du broyage du minerai et sont généralement très fins (plusieurs dizaines à quelques centaines de microns) et sont sous forme d’une pulpe à leur sortie de l’usine de concentration. Les rejets de concentrateur sont entreposés sous forme de terrils stabilisés par des digues ou par le relief du terrain.

* Les déchets liquides, quant à eux, sont principalement constitués de l’eau provenant du pompage de la mine et celle utilisée lors du traitement de minerai. Cette dernière peut être contaminée en réactifs de traitement (cyanure, collecteurs, moussants), en matière en suspension ainsi qu’en métaux. Les rejets liquides incluent également les eaux qui percolent à travers les aires d’entreposage des rejets solides (haldes à stériles et terrils de déchets de laverie).

Les déchets des exploitations minières représentent une source majeure de contamination de l’environnement par les métaux toxiques.

I.2. Dispersion des métaux

Les contaminants métalliques peuvent migrer depuis le site minier et ses déchets vers les

5 différents compartiments de l’environnement : l’air, l’eau, et les sols via plusieurs mécanismes physico-chimiques de transferts :

- transfert en solution dans l’eau - transfert particulaire dans l’eau - transfert par l’air

- transfert anthropique : les particules sont dispersées par le piétinement, la circulation d’engins, l’activité agricole, etc.

La dispersion de la contamination métallique à partir des sites et des déchets miniers est contrôlée aussi bien par la nature des opérations d’extraction et de traitement du minerai que par la topographie, le climat et la lithologie de la zone en question (Craw, 2001). Nous détaillons dans ce qui suit l’influence de chacun de ces deux derniers facteurs.

I.2.1. Influence du contexte lithologique sur la dispersion des métaux

La nature des roches encaissantes de la minéralisation et en affleurement autour du site minier détermine surtout la qualité de l’eau en contact avec les minéralisations et les déchets sur un site minier. En effet, la mise en solution des métaux initialement figés dans des minéraux sulfurés, est déterminé par le pouvoir des roches environnantes à tamponner l’acidité résultante de l’oxydation des sulfures. On distingue ainsi :

- des roches à faible pouvoir tampon tels que les roches silicatées favorisant l’apparition du phénomène de drainage minier acide (DMA)

- des roches à important pouvoir tampon tels que les carbonates favorisant l’apparition de drainage minier alcalin.

I.2.1.1.Génération de drainage minier acide

Depuis plusieurs années les études sur l’impact de l’activité minière ont été orientées vers les investigations sur les drainage miniers acides (DMA) (e.g. Webster et al., 1994 et Courtin- Nomade et al., 2005). Les DMA sont caractérisés par de très fortes concentrations en métaux lourds liées aux pH acides de ces eaux.

Ce phénomène naturel est le résultat de la circulation des eaux à travers les composantes d’un

site minier riche en sulfures métalliques notamment en sulfures de Fe. Il est produit lorsque

les minéraux sulfurés sont exposés à l'eau et à l'air. L'oxydation qui survient, souvent

accélérée par la présence de bactéries, produit des ions H

qui acidifient l'eau et favorisent la

6 mise en solution de divers éléments, dont les métaux.

D’abord, la pyrite est oxydée par l’oxygène dissout dans l’eau : 2FeS

+ 7O

+ 2H

O 2Fe

+ 4SO

+ 4H

Au cours de cette étape, seul le soufre est oxydé en sulfate, le fer est solubilisé sous forme d’ions ferreux.

Ensuite, le fer ferreux (Fe

) présent s’oxyde en fer ferrique (Fe

), en présence de bactéries : 2Fe

+ 1/2O

+ 2H

2Fe

+ H

O

Le fer ferrique précipite sous forme d’hydroxyde de fer en favorisant davantage l’acidification du milieu:

Fe

+ 3 H

O Fe(OH)

+ 3 H

Cette étape n’affecte pas la pyrite, mais est préalable à la troisième étape, où l’oxydation ne requiert plus l’action de l’oxygène et le fer ferrique peut oxyder directement la pyrite :

FeS

+ 14Fe

+ 8H

O 15 Fe

+ 2SO

+ 16 H

L’effet des DMA s’étend bien au delà du secteur de l’extraction de minerai et de stockage des résidus. L’entretien du caractère acide des eaux et leur entraînement vers l’aval sont favorisés par les pluies qui imbibent les gisements superficiels, terrils, décharges et bassins de décantation. Les DMA sont transportés vers les sols, les cours d’eau et les aquifères (figure 1).

L’acidité combinée à la présence de contaminants potentiellement toxiques comme divers

métaux lourds (Cu, Cd, Pb, Co, Hg, As…), peut affecter sérieusement les écosystèmes

environnants.

7 Figure I.1 : Production et transfert des DMA

I.2.1.2. Génération de drainage minier neutre ou alcalin

En contexte carbonaté, la dissolution des carbonates libère des alcalis et des cations métalliques tels que Ca, Mg, et Mn et contribue à neutraliser l’acidité de l’eau selon la réaction :

CaCO

+ H

Ca

+ HCO

Les cations libérés participent à la formation de minéraux secondaires tels que les hydroxydes et les sulfates qui piègent les métaux dissous de l’eau.

La réaction complète d’oxydation, hydrolyse et neutralisation en présence de pyrite peut être décrite par la réaction suivante (Doye, 2005):

FeS

+ 4CaCO

+ 3.75O

+ 3.5H

O Fe(OH)

+ 2SO

+ 4Ca

+ 4 HCO

En contexte carbonaté, la neutralisation de l’acidité et les réactions de précipitation diminuent le passage en solution des métaux (Al et al., 2000, Xenidis et al., 2003). C’est pourquoi la contamination par les déchets miniers, dans ce contexte, reste peu étudiée. Cependant, les eaux de ruissellement qui se sont chargées en particules métallifères ruissellent sur des distances plus ou moins longues et entrent en contact avec des substratums de différentes natures. Ainsi, les conditions physico-chimiques de l’eau peuvent éventuellement changer et entrainer la dissolution des phases métallifères transportées et l’augmentation des concentrations des métaux en solution.

Plumlee (1999) donne des estimations relatives aux potentiels de génération d’acidité et de

neutralisation de roche encaissantes de différentes lithologies (tableau I.1).

8 Parmi les roches sédimentaires les calcaires et les dolomites offrent le potentiel de neutralisation le plus élevée. Les roches ignées ont généralement un faible pouvoir tampon.

Seules quelques roches ulramafiques et les carbonatites (50% de carbonates) peuvent présenter un potentiel de neutralisation (NP) élevé. Pour les roches métamorphiques, seul le marbre possède un potentiel de neutralisation.

L’environnement sédimentaire silicaté, les roches endogènes acides présentent un potentiel de production d’acidité important contrairement aux carbonates sédimentaires ou aux roches endogènes ultrabasiques. Notons qu’à la surface de la terre ce dernier type roche est rare par rapport aux carbonates sédimentaires.

Tableau I.1 : Potentiels de neutralisation (NP) et potentiels de génération d’acidité (AP) de différentes roches (d’après Plumlee, 1999)

I.2.2. Influence du climat sur les mécanismes de transfert de la contamination métallique

Les sites miniers sont soumis aux évènements climatiques locaux qui agissent sur les particules métallifères en affectant leur stabilité et en entrainent le remaniement et l’érosion des sources de contamination.

En climat tempéré, caractérisé par l’abondance des précipitations et la forte humidité de l’air, l’eau est le principal agent de dispersion des métaux que ce soit par leur mise en solution ou par leur transport à l’état particulaire.

En climat semi-aride, les précipitations ne dépassent pas les 500mm/an (UNESCO-FAO,

9 1963). Toutefois, le début de la saison humide est marqué par des d’événements orageux pouvant engendrer un « first flush » comme dans le cas du climat arctique au moment de la fonte des glace (Hester et Harrison, 1994).

D’autre part, la sécheresse de ce climat avec la présence de vent fort, peut mobiliser les particules métallifères par l’air (Chane Kon et al., 2007, Boussen et al 2010). La qualité de l’air est alors sujette à une dégradation par contamination métallifère.

Sous un climat aride, les eaux qui percolent sont rares, et le flux d’eau est très faible. La faible humidité qui peut exister conduit à la dissolution partielle des sulfures et la reprécipitation sur place de sels secondaires. Les métaux ne seront mobilisés qu’au moment d’événements pluvieux intenses (Hester et Harrison, 1994). Le transfert des métaux est essentiellement lié à l’érosion éolienne des sources et au transport par le vent.

I.3. Exposition des populations à la contamination métallique

Selon J.M. Last (2000), l'exposition est « la quantité du facteur qui pénètre ou interagit avec l'organisme d’un individu ou d’un groupe d’individus, elle peut donc varier avec la dose individuelle ».

L'homme étant en contact permanent avec son environnement, les contaminants peuvent pénétrer dans l'organisme par plusieurs voies (figure 2):

− L'inhalation: l'activité respiratoire entraine les particules contaminées de taille inférieure à 80 µm à l'intérieur des poumons. Les particules fines < 2,5µm peuvent atteindre les alvéoles alors que les particules plus grosses s'arrêtent au niveau du nez de la trachée et des branches.

− L'ingestion directe: c'est l'incorporation orale directe de particules contaminées. Les retombées de particules contaminées dans les lieux de vie, dans les aliments et l'eau de boisson peut conduire à l’ingestion de particules, mais aussi l’habitude des enfants de porter les mains à la bouche.

− L'ingestion indirecte: elle résulte de la consommation d'aliments ou d'eau déjà contaminée comme, par exemple, les légumes et fruits cultivés sur des sols pollués,

− Le contact dermique : il consiste au contact des contaminants directement avec la peau. Cette voie est plus marginale et provoque rarement des maladies sauf pour des cas accidentels aigus.

L’action des polluants auxquels l'Homme est exposé dépendent d'une variété de

paramètres:

10

− la concentration des polluants dans l'environnement

− la durée de l'exposition: plus la durée est longue plus la quantité de polluant incorporée est grande.

− La présence simultanée de plusieurs métaux: bien que ceci reste encore peu connu, certain polluants peuvent avoir des effets cumulables ou antagonistes (Kalhori, 2008),

− la population exposée: suivant l'âge, l'état de santé, les habitudes et pratiques, les conditions de vie, etc. Généralement, les populations les plus sensibles sont les enfants, les personnes âgées et les personnes avec des antécédents de maladies (Kalhori, 2008)

L'exposition aux métaux des populations vivant à proximité de fonderies et d'usines métallurgiques a déjà été mise en évidence. Des enfants présentent des concentrations élevées de As dans les urines, en Belgique (Buchet et al., 1980), en Mexique (Diaz Barrigua et al 1993) et aux USA (Hwang et al 1997). Des concentrations de Pb dans le sang dépassant les concentrations normales ont été trouvées chez des femmes et des enfants vivants à proximité de fonderies en Yougoslavie, en Mexique, aux USA, en République Tchèque et au Canada.

Les effets toxiques des métaux portent principalement sur les os, le système nerveux, les reins et le foie.

En plus de leur effet à seuil sur les différents organes, Pb est Cd sont considéré sans seuil pour certains effets notamment cancérigènes.

Tableau I.2 : Effets dangereux suite à l’inhalation de Pb, Zn et Cd et valeurs de références

Elément Effet cancérigène

Systèmes ou organes

sensibles Pathologie Valeur de

référence

Zn NON Système gastro-intestinal

Douleurs abdominales ou épigastriques, nausées, vomissement,

ulcères, constipation

Environnement urbain ou rural :<1 µg/m

Site industriel:

jusqu’à 15,7µg/m

(ASTDR, 1994)

Système nerveux

Troubles neurocomportementaux,

et psychomoteurs, paralysie des membres supérieurs, paresthésie,

encéphalopathie saturnine Système rénal Insuffisance rénale Système cardiovasculaire Hypertension artérielle Pb OUI

Système thyroïdien

0,5 µ/m

(OMS, 2005)

11 Système sanguin Anémie

Système osseux (chez les enfants)

Système immunitaire (possible)

Système nerveux Neuropathie périphérique Système rénal Dysfonctionnement

rénal Cd OUI

Système respiratoire

Diminution des capacités respiratoire,

Rhinite, bronchite, emphysème

5 10

µg/m

(OMS,2005)

Tableau I.3 : Effets dangereux suite à l’ingestion de Pb, Zn et Cd et valeurs de références

Elément Effet cancérigène

Systèmes ou organes

sensibles Pathologie

Dose de Référence

(RfD)

Système gastro-intestinal Crampes d’estomac, nausées, vomissement, Système sanguin Anémie Zn Non

Système immunitaire

0,3 mg/kg/j (ATSDR,1994 et

USEPA, 2005b)

Système nerveux

Troubles neurocomportementaux,

et psychomoteurs, paralysie des membres supérieurs, paresthésie,

encéphalopathie saturnine Système rénal Insuffisance rénale Système cardiovasculaire Hypertension artérielle

Système thyroïdien

Système sanguin Anémie Système osseux (chez les

enfants) Système immunitaire

(possible) Pb

L’effet cancérigène

n’a pas été observé chez

l’Homme

Système gastro-intestinal

3,5 10

mg/kg/j (OMS, 2006 et JECFA, 1993)

Système rénal Dysfonctionnement rénal Cd Non

Système osseux

Ostéoporose, ostéomalacie, maladie

« Itai Itai » au Japon

1,0 . 10

(OMS 2006 et USEPA, 2005b) 2,0 10

mg/kg/j (ATSDR, 2004)

II. Spécificité de la province Maghrébine II.1. La minéralisation

La province Maghrébine, Tunisie, Algérie et Maroc, est située en bordure septentrionale de

12 la plateforme saharienne (Figure I.2), et est composée de deux sous-provinces principales:

- la province tellienne au nord : Les chaines telliennes s’étendent, Suivant une direction globalement E-W, du nord du Maroc jusqu’à l’extrême NW de la Tunisie. Leur mise en place a eu lieu au Céno-mésozoïque lors des phases orogéniques alpines et pyrénéennes. Elle est essentiellement constituée de terrains sédimentaires et présents des manifestations volcaniques et métamorphiques. La province tellienne est connue par ses gisements polymétalliques : Fe, Pb, Zn, W, Sn, Hg, Cu, etc. essentiellement filoniens dans des encaissants plutôt siliceux (ANPM, 2009).

- la province atlasique au sud : La chaine atlasique est une chaine intracontinentale formée au

tertiaire. Elle s’étend du Maroc à la Tunisie et constitue l’avant pays déformé de la chaine

tellienne. Les sédiments sont autochtones, d’âge méso-cénozoïques et du type plateforme

continentale où le volcanisme est rare. Les gisements sont essentiellement à Pb-Zn de type

MVT, stratiforme ou à remplissage de fractures et de karsts dans des encaissants carbonatés.

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Figure I.2 : Carte métallogénique de la province Maghrébine (UNESCO et BRGM,1968-1982)

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  15 II.2. Le climat

La carte bioclimatique de la méditerranée (figure I.3) montre que les bordures de la méditerranée sont majoritairement soumises à un climat méditerranéen avec différentes nuances. Notons que le climat méditerranéen est caractérisé par:

la succession des saisons pluvieuses et sèches.

− des faibles précipitations annuelles moyennes (entre 200 et 500 mm/an) distribuées souvent sur des épisodes pluvieux intenses et des périodes de sécheresse principalement en saison estivale.

− des températures élevées en été et relativement douces en hiver

− des vents forts pendant plusieurs jours de l'année

De plus, certaines régions de l’extrême nord africain, et sud européen ont des tendances plutôt humides avec des précipitations qui dépassent les 500 mm/an et une saison sèche courte.

La Tunisie nord orientale, le NW algérien, l’extrême sud espagnol et italien présentent un

climat thermoméditerranéen avec une longue saison sèche et des précipitations peu

abondantes.